El Cedazo

En el último capítulo de la serie vimos el biestable RS como celda básica de memoria. Vimos que tenía un comportamiento interesante: podíamos poner un 0, un 1, o pedirle que simplemente no modificara el valor que tenía almacenado. Esto era algo que, hasta ahora, no habíamos podido hacer con nuestras puertas lógicas: su salida siempre dependía exclusivamente de la entrada. En cambio, ahora tenemos un componente, el biestable, cuya salida no solo depende de la entrada, sino también de su estado anterior (es decir, de entradas anteriores).

Pero nos encontrábamos con un problema: el mundo no es ideal. En el mundo ideal, poner 0s y 1s es fácil, y podemos decidir poner un 1 aquí y un 0 allá y otro 0 acullá. Pero en el mundo real hacer eso, todo a la vez, es imposible. Las señales tardan un cierto tiempo (muy pequeño, pero no nulo) en propagarse por los cables. Los transistores tardan un cierto tiempo (pequeño, pero no nulo) en pasar de saturación a corte o viceversa. Es decir, que no todos los 1s y 0s se ponen a la vez en los circuitos combinacionales.

Así que lo que hacemos es introducir el concepto de entrada de sincronismo.

De momento vamos a intentar hacer lo siguiente: si la señal de sincronismo es un 0, simplemente el biestable ignora todo lo que venga en los bits R y S. Simplemente, sigue manteniendo el valor que había. Si la señal de sincronismo es un 1, entonces sí, hace lo que digan los bits R y S. Esto es lo que se llama un biestable RS síncrono o biestable RS con cerrojo o biestable RS temporizado. Su esquema es el siguiente:

Piénsalo un poco y verás que es sencillo: mientras C es cero, a las entradas R y a S del biestable RS les llega siempre un 0. Solamente cuando C es 1 los valores de R y S de la entrada son llevados hasta al biestable RS (me vas a perdonar que utilice el nombre R y S dos veces; todas las fuentes que conozco lo hacen así, de modo que he preferido mantenerlo por si luego tratas de profundizar). La forma de saber si el biestable RS que estamos dibujando es síncrono o asíncrono es mirando la entrada C: si tiene entrada C es un biestable RS con cerrojo; si no la tiene, pues no.

¿Qué es lo que nos permite hacer esto? Lo que nos permite es lo siguiente: cuando C es 0, vamos poniendo 0s y 1s en todas las entradas R y S de todos los biestables que tengamos en nuestro ordenador. Es posible que esto no ocurra a la vez,^[1] pero no nos importa, porque como C es 0, todos esos “estados temporales intermedios” serán ignorados. Luego ponemos C=1, y todos los biestables se cargan con el valor que queríamos.

Podemos definir ahora un biestable un poco más sencillo conceptualmente (aunque requiere meter algo más alrededor del biestable RS): el biestable D. Su esquema es el siguiente:

No te confundas con el biestable RS: aunque el dibujo es el mismo, las entradas no son R y S, sino D y C. El funcionamiento es el siguiente: cuando C es 0, se mantiene lo que hay dentro. Hasta aquí, todo igual. Pero cuando C es 1, lo que hay en D se almacena dentro del biestable, y ahí se queda. Fíjate en la ventaja adicional de que la combinación R=1, S=1 (que decíamos que estaba prohibida) ya no puede producirse.

Entonces, ya tenemos un biestable que almacena las cosas solo cuando una señal de sincronismo C se lo dice. Solo nos falta un paso más para llegar a los biestables que realmente se utilizan en nuestros computadores: el sincronismo por flanco. Existen dos formas: por flanco de subida o por flanco de bajada. En ambos casos, tanto cuando C es 0 como cuando C es 1 no cambia nada: la memoria sigue manteniendo el valor. El único momento en que se introduce la entrada en el interior del biestable es cuando hay un cambio en la señal C. En el caso del biestable por flanco de subida, D se almacena en el biestable cuando C pasa de 0 a 1. En el caso del biestable por flanco de bajada, ocurre cuando pasa de 1 a 0.

Estos biestables se representan de la siguiente manera:

El triangulito de la señal C indica que es “por flanco” y el hecho de que sea “por flanco de subida” o “por flanco de bajada” se indica con el círculo: si tiene círculo, es “por flanco de bajada”; y si no, es “por flanco de subida”. A menudo se añaden un par de entradas más, PRE (de preset, algo así como “preponer”) y CLR (de clear, limpiar). Esas entradas son asíncronas, y funcionan de la siguiente manera: si están desactivadas, el biestable se comporta como siempre. Si están activadas, independientemente del valor de C se almacena en el biestable un 1 (si lo que se activa es el PRE) o un 0 (si lo que se activa es el CLR). Te puedes imaginar que estas entradas se utilizan para hacer la inicialización del biestable.

No vamos a ver en detalle cómo funciona. A continuación tienes el esquema lógico de un biestable D comercial, por si quieres echarle un vistazo:

Diagrama lógico del biestable D por flanco de subida de Texas Instruments (sn7474). Aquí, CLK representa la señal de sincronismo C.

Vamos a dejarlo aquí, porque este capítulo, a pesar de no haber sido muy largo, probablemente ha sido duro. Hemos dejado fuera, además, algunos tipos biestables que se usan mucho, como por ejemplo el biestable JK, pero que no nos van a hacer falta para seguir avanzando. En el próximo capítulo veremos cómo combinar estos biestables para hacer circuitos secuenciales.

1. Mejor dicho: sabemos que es seguro que ocurrirá eso. [↩]

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